Carbon, LED-Streifen, Schrauben und eine neue Hauptplatine: Ein neues Gesamtbild

August 4, 2012 in Allgemein, Bilder

Mit diesen Skizzen begann der Umbau

Nach den letzten Tests der Projektwoche und der Erkenntnis, dass die Sensorwirkrichtungen falsch eingestellt waren, wurde diskutiert, dass nun auch ein neues sauberes Gestell her muss. Gesagt, getan. Nach einiger Diskussion über die zu verwendenden Materialien stand fest, dass das neue Gestell zwei Carbon-Centerplates bekommen soll und die vielen freien Kabel und insbesondere die vielen Kabelbinder dem Ende angehören sollen.

Zunächst jedoch musste das alte Gestell auseinandergebaut werden. Dies war innerhalb eines Nachmittags voller destruktiver Gewalt auch schnell erledigt und schon am nächsten Tag konnte das frisch gelieferte unidirektionale Carbon bearbeitet werden. Mit der nötigen Schutzkleidung und genauen Maßen wurden die Carbon-Stücke zurechtgesägt und gebohrt. Leider mussten wir am Ende feststellen, dass wir während des Bohrens anscheinend die Löscher doch nicht korrekt so gebohrt haben, wie wir es zunächst aufgezeichnet hatten. Daher musste neues Carbon bestellt werden und mit etwas Hilfe klappte der zweite Versuch zwei Centerplates passend zu sägen und zu bohren.

Höchste Sicherheitsmaßnahmen!

Während der nächsten zwei Tage hat Christian das Gestell dann zusammengebaut und die dafür Platine entworfen und gebaut. Doch alles im Einzelnen.
Bevor die zwei Carbon-Platten, welche eine Maße von 10cm x 10cm x 1mm besitzen mit jedem Ausleger dreifach verschraubt wurden, wurden noch Löcher in die obere der beiden Platten im Abstand von circa 5cm im Quadrat bebohrt, wo danach über Distanzbolzen zunächst die Stromverteilerplatine und darüber die neue Hauptplatine befestigt wurde. Dies sorgt für ein leichtes Zusammenbauen und Auseinandernehmen der Platinen und so kann man auch noch im Nachhinein an den Platinen arbeiten und gegebenenfalls etwas reparieren.

Alles handverdrahtet

Die neue Hauptplatine selber beinhaltet die komplette Flugkontrolleinheit, wobei die einzelnen Board nun nicht mehr durch wilde Kabel verbunden sind, sondern alle Drähte geordnet und der Lochrasterplatine verlaufen: Eine echte handverdrahtete Platine. Dies sorgt dafür, dass es nicht mehr zu kalten Lötstellen kommt und vor allem der Platz- und Gewichtsverbrauch drastisch reduziert wurde. Um die Regler nun mit der Platine zu verbinden, wurden an jedem Rand Stiftleisten angebracht, an dem die gekürzten Regler-Kabel nun einfach angesteckt werden können. Doch auch der Empfänger der Fernbedienung kann nun über Buchsenleisten einfach auf die Platine gesteckt werden. Dies alles ermöglicht einen einfach Auf- und Abbau des Quadrocopters. Zusätzlich befindet sich auf der Platine noch eine rote Status-LED, welcher in verschiedenen Blinkmustern Auskunft über die derzeitige Situation im Programm gibt.

Der neue Copter (hier noch ohne Füße)

Der Akku ist weiterhin mit Klettverschluß auf der unteren Carbonplatte befestigt, sowie die Füße ebenfalls noch aus Kunstoffrohrscheiben bestehen, welche jedoch nun fest angeschraubt wurden und nun auch nicht mehr mit Kabelbinder befestigt sind. Lediglich die Regler werden noch von kleinen Kabelbindern auf den Auslegern gehalten, da dies für die kleinen Platinen im Schrumpfschlauch die denkbar beste Methode darstellt, ohne diese dauerhaft mit den Auslegern verbinden zu müssen.

Welch’ eine Lichtparade

Die letzte Neuerung und die wohl augenscheinlichste sind die neuen zehn Centimeter langen und selbstklebenden LED-SMD-Streifen, welche nun an die Seiten der Ausleger befestigt sind. Angeschlossen sind diese direkt über die Stromverteilerplatine am Akku, wo sie mit der anstatt verlangten 12V mit 11.1V versorgt werden und trotzdem noch für eine sehr starke Helligkeit sorgen. Ebenfalls gibt wieder der einzig grüne Streifen von den ansonsten roten LED-Streifen den vorderen Ausleger zur Orientierung an.

Soweit vom neuen Quadrocopter, demnächst finden weitere Testflüge und weitere mögliche Fehlerbehebungen statt.

Alle Bilder vom Umbau und noch mehr Bilder vom neuen Gestell findet ihr hier: Neues Gesamtbild #1

Bis bald,
Das Demon-Team!

~ Christian

Explosionen, Abstürze und die Aussicht auf Hoffnung!

Juli 30, 2012 in Allgemein

Alles verkabelt und verdrahtet

Es gibt viele Möglichkeiten einen solchen Blogpost anzufangen: Manche sind seltsam, manche witzig, doch dieser Post beginnt mit einer sehr großen Entschuldigung. Undzwar dafür, dass wir uns nun schon seit einem Monat nicht mehr blicken lassen haben, doch es kam leider einiges dazwischen und meist war die Zeit noch nicht reif für einen neuen Blogpost. Doch nun ist viel passiert und es passiert noch. Doch beginnen wir von Anfang an.

Direkt in der Woche nach unserem letztem Demon-Treffen sind wir eine Woche in der schönen Stadt München gewesen und haben dort viel gesehen. Ganz allgemein war München jedoch auch eine Atempause vor der danach anstehenden Woche: Die Projektwoche, in der wir fünf lange Tage an Demon arbeiten wollten. Und so ähnlich kam es auch. Zu Anfang waren wir noch stets dabei unsere MultiWii 2.0 Software so anzupassen, dass wir sie mit unserem 433 Mhz Funkmodul betreiben konnten, doch leider merkten wir immer mehr, dass MultiWii ganz und gar nicht darauf ausgelegt war, vollkommen ohne Fernbedienung zu laufen, besonders da es Tests äußert schwierig gemacht hätte.

Unser Assistent am Steuer

Also entschlossen wir uns eine 2.4Ghz 6-Kanal Fernbedienung zu bestellen, da wir diese sowieso für die ersten Testflüge benötigt hätten. Da unser Etat jedoch nicht allzu viel hergab, mussten wir nach dem möglichst günstigsten Modell schauen und haben dabei die FlySky CT6B entdeckt, eine 6-Kanal Fernbedienung welche oft eingesetzt wird und uns vollkommen zufrieden stellt. Nach einem Tag Wartezeit hat der Paketbote auch schon unser neues Objekt der Begierde vorbei gebracht und wir haben es direkt angeschlossen. Erstmals hatten wir die vollkommene Kontrolle über unseren Quadrocopter. Herrlich. Mit der Fernbedienung konnten wir nun einige Einstellungen vornehmen, bestimmte Konfigurationen testen und ganz besonders die Motoren direkt an- und abschalten. Dies ist sehr wichtig, falls der Quadrocopter einmal abstürzen sollte (jedoch muss er dafür erst einmal fliegen), kann man weiteren Schaden an den Motoren und besonders auch an den Rotorblättern verhindern, indem man die Motoren über die Fernbedienung abschaltet.

Bei der Fernbedienung war ein 2.4Ghz Empfänger bei, welcher entsprechend der Fernbedienung auch sechs Kanäle ausgab. Da dieser bereits mit Pin-Headern ausgestattet war, haben wir Kabel an eine Buchse gelötet und ebenfalls an das Arduino Mini Pro. Diese Buchse konnte man dann leicht an dem Empfänger anbringen und wieder abziehen, ohne das wir den Empfänger somit fest auf dem Quadrocopter verlöten mussten. Ebenso sind wir auch mit der Stormversorgung von Empfänger verfahren.

IMU in der Klemme

Ebenfalls haben wir unsere Flugkontrolleinheit auf einer kleinen Platine direkt auf mit Schaumstoff dazwischen auf die Stromverteilerplatine befestigt. Da jedoch die IMU nur mit Drähten an dem Arduino Mini Pro befestigt war und durch die drehenden Motoren sehr stark in Vibrationen versetzt wurde, musste eine Lösung her, da die Löststellen, welche vier mal nur auf einer Seite der IMU vorhanden sind, nicht den nötigen Halt gaben. Deshalb wurden zwei Schrauben auf der CD geklebt (Die CDs sind unsere Centerplates: Also die Platte, die den Quadrocopter in der Mitte zusammenhält und auf der alles befestigt wird). Auf der Schraube befand sind eine lose Mutter und so konnten wir die IMU zwischen Schraubkopf und Mutter einklemmen. Diese Befestigung war sehr stark und hielt das Sensorboard ein gut von Vibrationen fern. Überprüft haben wir dies ständig mit der MultiWiiConf-Software, mit welcher man am Computer alle Daten vom Board auslesen und sich direkt anzeigen lassen kann.

Währenddessen haben wir ebenfalls die LEDs an unserem Quadrocopter angebracht. Bei diesen handelt es sich um drei LEDs für Rear (Hinten), Left (Links) und Right (Rechts). Die LED für Front (Vorne) war dagegen grün, damit man sich während eines Fluges immer direkt orientieren kann, welche Seite des Quadrocopter, dessen Ausleger alle gleich aussehen, die vordere ist. Dies ist wichtig, da die Fernbedienung entsprechend der vorderen Seite ausgerichtet ist und man den Quadrocopter so auch in die richtige Richtung steuern kann.

Da die Sensoren nichts besonderes anzeigten und wir der Meinung waren, es wäre alles bereit, haben wir den Quadrocopter noch schnell wieder in Folie verpackt und einen Testflug gestartet. Doch es waren nur traurige Gesichter zu sehen, denn direkt während des Abhebens zog der Copter stark auf eine Seite und kippte um. Da wir glücklicherweise unsere Fernbedienung dabei hatten, haben wir die Motoren direkt ausgeschaltet und alles vom Akku (also der Stromquelle) getrennt. Puh. Zum Glück nichts passiert. Lediglich die Rotorblätter hatten sehr kleine Kratzer, doch dies ist nicht weiter schlimm.

In der Vergrößerung zu erkennen: Der explodierte Kondensator

Also wieder zurück zum Projektraum und direkt geschaut, was das Problem dafür sein könnte. Eine lose Motor-Signal-Verbindung? Fehlerhafte Sensoren? Alles konnte möglich sein und daher wurde eines nach dem anderen ausgeschlossen. Dabei wurden alle Kabel sehr oft an- und wieder abgesteckt und dann geschah es. Als wir einen weiteren Test starten wollten und den Quadrocopter wieder an den Akku klemmten gab es einen lauten Knall, fliegende Funken und eine kleine Flamme auf unserem Arduino Mini Pro-Board. Eine Schrecksekunde für alle, die sich im Raum befanden. Was war passiert? Ist nun alles kaputt? Was ist noch zu retten? All solche Fragen schossen uns durch den Kopf und wir trauten uns erst gar nicht, nachzuschauen. Bevor jedoch irgendwas geschah griffen wir zunächst aus Reflex nach dem Akku und zogen diesen ab. Es ging nicht anders und daher schauten wir dann doch nach, was kaputt war. Optisch sah alles danach aus, dass es ganz besonders ein Bauteil betraf: Ein kleiner Tantal-Kondensator, welcher die Spannung vom Spannungswandler der Arduino Mini Pro-Boards stabilisiert. Jener Kondensator war zumindest nicht mehr als solcher erkennbar. Der Kondensator war lediglich noch ein schwarzer Fleck auf dem Board, nahezu vollkommen zerstört. Wir müssen jedoch sagen, dass wir bei jedem Test ständig Schutzbrillen tragen, sodass uns hier nichts passiert ist.

Ein Dschungel von Kabeln und Kabelbinder

Da wir noch einiges an Elektronik dabei hatten, gab es auch noch einen passenden 10µF Kondensator in unserem Minilager, welchen wir dann direkt eingelötet haben. Doch weiterhin stelle sich die Frage, wie es überhaupt dazu kam. Bereits nach kurzen Untersuchen der Kabel entdecken wir dann jenes Unheil. Die Stromversorgung des Boards war falsch herum angesteckt worden und dementsprechend falsch gepolt. Da der Tantal-Kondensator zu den Elektrolyt-Kondensatoren zählt, besitzt jener eine Polung, welche dringend beachtet werden muss, damit diese nicht, wie bei uns, explodieren.

Damit kein zweites mal mehr aus versehen falsch gepolt werden kann, entschlossen wir uns die Stromversorgung direkt anzulöten, ebenso wie die Signalkabel der Regler, damit diese nicht durch Vibrationen abfallen. Als dies geschehen war, wurde jedoch unvorhergesehen die gesamte Projektwoche plötzlich beendet und wir mussten einräumen. Da jedoch in den ersten Tagen der Ferien jeder von uns nicht allzu viel Zeit hatte, wurde kurz pausiert und ebenfalls weiterhin getestet, wieso der Copter direkt beim Start auf die Seite kippt. Doch bei jedem weiteren Test die gleiche Reaktion. Deshalb setzten wir uns mit Dennis Hinzpeter (http://the-intruder.net) in Verbindung und dieser gab uns den Tipp, dass unsere Sensoren möglicherweise die falsche Wirkrichtung haben. Dies kam bisher nicht in betracht, da alle Achsen sich eigentlich korrekt verhielten. Als wir jedoch uns die Werte genau anschauten, merkten wir, dass dort einiges, sogar beinahe alles verdreht und falsch eingestellt war. Beinahe so falsch, dass es eigentlich wieder korrekt aussah, es jedoch nicht war. Daher korrigierten wir alle Wirkrichtungen.

Testen können wir diese Korrektur, die wohl sehr wichtig war, derzeit jedoch nicht. Dies hat damit zutun, dass wir derzeit an einem etwas optimierten Gestell arbeiten, doch dazu später mehr.

Wie immer findet ihr alle Bilder von der Projektwoche in der Galerie: Projektwoche #1

Bis in Kürze,
Das Demon-Team!

~Christian

Die Flugkontrolleinheit von Demon

Juni 30, 2012 in Allgemein

Schon seit zwei Wochen Funkstille? Keine Nachricht von Demon? Nur bedingt, denn wir haben uns sowohl am vorletzten Freitag, als auch am letzten Freitag getroffen und am Projekt weitergearbeitet, wobei leider nicht genügend Material aufkam. Dies hat zum Einen damit zutun, dass wir beim vorletzten Demon-Treffen unseren Quadrocopter, unsere Pläne, Ergebnisse und Ziele unserem Sponsor und weiteren Personen präsentiert haben, sodass leider nicht genügend Zeit blieb, um selber am Quadrocopter weiterzuarbeiten.

Die Drotek 10DOF-IMU im Vergleich zu einer 5-Cent-Münze

Doch gestern ging es dann, wie gewohnt, weiter. Zunächst können wir mit Freude mitteilen, dass unsere IMU (Inertial Measurement Unit) von Drotek, die Drotek 10DOF, angekommen ist. Dieses Sensorboard ist ausgestattet mit einem Gyroskop, welcher auch als Lagesensor bezeichnet werden kann und teilt entsprechend seinem Namen die aktuelle Lagen in allen drei Achsen dem Mikrocontroller mit (Verbaut als Gyroskop ist der ITG3200). Ebenfalls besitzt das 10DOF-Board noch einen Beschleunigungssensor (BMA180), einen Magnetfeldsensor (HMC5883L) und einen Luftdrucksensor (BMP085), mit dem die Höhe reguliert werden kann. Da unser Mikrocontrollerboard mit 5V arbeitet, die Sensoren jedoch mit 3.3V, ist auf der IMU noch ein LLC (Logic Level Converter) angebracht, welcher die digitalen Signale auf die entsprechenden Spannung anpasst, sodass der Mikrocontroller ohne Probleme mit dem Sensorboard arbeiten kann.

Diese IMU werden wir zusammen mit einem Arduino Mini Pro einsetzen, welcher ebenfalls, wie bisher von uns eingesetzt, einen Atmega328P enthält und bereits einen 16Mhz Quarz zusammen mit Pin-Ausführungen am Rand des Boards auf kleiner Größe besitzt, sodass wir nicht nur Platz, sondern auch Gewicht einsparen.

Das Arduino Uno-Board wird durch ein Arduino Mini Pro ersetzt werden.

Zusammen ergeben unser 433Mhz Funk-Empfänger, das Arduino Mini Pro-Board und die Drotek 10DOF IMU die Flugkontrolleinheit, welche für einen stabilen Flug und die gesamte Steuerung der Motoren verantwortlich sind. Um das Rad nicht neu erfinden zu müssen und die verschiedenen Filter nicht neu implementieren zu müssen, werden wir als Softwarebasis auf MultiWii zurückgreifen, wobei wie diese Software zum Teil stark modifizieren müssen, um unseren Gegebenheiten gerecht zu werden. Ebenfalls können wir uns durch MultiWii verstärkt auf die Programmierung des autonomen Fluges konzentrieren, welches unser Hauptziel darstellt.

Doch genug von der Theorie, denn wir haben gestern noch, neben der Anpassung von MultiWii, unserem Quadrocopter Füße verpasst, welche aus Kunststoffrohrscheiben mit einem Durchmesser von 7cm bestehen und für den Stand stabil sind, jedoch auch sehr gut federn, falls der Quadrocopter aus geringen Höhen herunterfällt.

Füße ans Gestell: Abgehakt!

Am kommenden Sonntag werden wir uns noch weiter um die Anpassung von MultiWii kümmern und hoffen, dass unser Quadrocopter dann vielleicht schon stabiler in der Flug fliegen kann.

Alle Bilder findet ihr hier: Gestellbau #3

Bis dahin,
das Demon-Team!

~ Christian

Demon in luftiger Höhe und doch nicht frei

Juni 17, 2012 in Allgemein

Der Aufbau der Regler beginnt...

Heute war, wie angekündigt, unser außerplanmäßiges Demon-Treffen und es lässt sich sagen: Es war schön. Unser Quadrocopter hat zum ersten Mal den Boden verlassen und ist in einer beinahe flugfähigen Form, doch nun alles der Reihe nach.

Unser heutiges Treffen fand nicht, wie üblich, im Projektraum statt, sondern bei einem Teammitglied und da waren zunächst die Schwierigkeiten mit der Anfahrt zu beseitigen. Doch nachdem sich alle Demon-Beteiligten schließlich eingefunden hatten, wurde sofort damit begonnen die verbleibenden Regler korrekt an die Motoren anzulöten (die Phasenkabel müssen richtig angeschlossen werden, damit die jeweils gegenüberliegenden Motoren in die gleiche Richtung laufen). Nachdem dies glücklicherweise auf Anhieb alles geklappt hat, haben wir jeden Motor noch einmal gründlich einzeln getestet, um zu sehen, ob die Motoren nicht schon bei der Auslieferung fehlerhaft waren.

Demon nimmt Form an

Doch was nützt nun ein Gestell ohne angeschlossenem Mikrocontrollerboard und fehlender Stromversorgung? Nicht viel und daher haben wir uns direkt daran gemacht, die Stromversorgungskabel der Regler zusammen zu verbinden und an an jeweils einem Kabel nach unten durch die Löcher der CDs aus dem Quadrocopter führen zu lassen. Jedoch ist diese Variante zunächst provisorisch, da wir uns bereits sehr günstig eine Platine bestellt haben, welche Stromanschlüsse eleganter zusammenführt und auch die Kurzschlussgefahr gegenüber zusammengelöteter Kabelstränge verringert. Leider müssen wir noch circa zwei Wochen auf diese Platine warten, doch unser Provisorium scheint dennoch zu funktionieren.

Als nächsten Schritt, mussten wir alle PPM-Signal-Kabel (welche die Frequenz an die Regler schicken, damit diese in der Geschwindigkeit den Drehstrom erzeugen können) an das Arduino-Board führen und dort mit den nötigen Pins verbinden. Da unsere Software zuvor nur für einen Motor ausgelegt war, mussten wir diese selbstverständlich noch aktualisieren und auf den ATMega328P (unser eingesetzter Mikrocontroller) schreiben. Schon waren wir soweit, dass wir testen konnten, ob alle Motoren auch gleichzeitig vom Programm aus angesteuert werden. Und tatsächlich liefen alle Motoren.

Frischhaltefolie, damit die Elektronik nicht verdirbt

Doch bevor wir schließlich unseren ersten Testflug starten konnten, mussten wir noch unsere Funksteuerung zum Laufen bekommen, bei der wir uns einen 2.4Ghz Sender und Empfänger (rohe Hardware) bestellt hatten. Für diese haben wir entsprechend die Software erweitert, sodass ein Mikrocontroller den Sender und unser Arduino mit dem ATMega328P den Empfänger ansteuern und die Daten empfangen konnte. Dadurch haben wir selbst eine kleine Fernbedienung bauen können, welche mit zwei Tastern die Geschwindigkeit jeweils hoch und runter schalten kann.

Der derzeitige Quadrocopter

Da wir derzeit noch alles provisorisch zusammengebaut hatten, lagen eine Menge Kabel und Platinen auf dem Quadrocopter, welche wir schlicht und einfach mit Frischhaltefolie überdeckt und komprimiert haben, damit kein Kabel unseren Rotorblättern zu Nahe kommen kann. Dann konnte der Testflug beginnen. Hierbei müssen wir sagen, dass uns bewusst war, dass der Quadrocopter sehr instabil fliegen wird und auch nicht durch die Decke fliegen soll. Daher haben wir ihn heute mit untergehaltener Hand geführt und mit Bindfäden am Boden befestigt. Trotzdem konnte man gut erkennen, dass der Quadrcopter definitiv flugfähig ist, da er sich selber in der Luft mit gespannten Fäden halten konnte.

Ein Video davon:

Für den weiteren Verlauf ist vorgesehen, dass wir uns als IMU (Inertial Measurement Unit) ein Drotek 10DOF-Board kaufen werden und dieses an ein Arduino Pro Mini anschließen werden. Daran angeschlossen wird der Empfänger und dann dient dieses Konstrukt als erweiterbares Hauptsystem des Quadrocopters.

Wie immer gibt es alle Bilder hier: Erstflug

Soweit vom außerplanmäßigen Tag,
Das Demon-Team!

~ Christian